CN202794083U

CN202794083U - 导热系数的测量装置

Info

Publication number: CN202794083U
Application number: CN 201220499728
Authority: CN
Inventors: 刘崇进
Original assignee: Guangdong Baiyun University
Current assignee: Guangdong Baiyun University
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2022-09-27

Abstract

本实用新型公开了一种导热系数的测量装置，所述测量装置包括有加热装置、稳压电路及调压开关，所述加热装置、所述稳压电路及所述调压开关依次串联，其中，所述调压开关设有多个分接头，每一个所述分接头对应不同的电压。本实用新型通过采用稳定性高的稳压电路，通过控制所述调压开关，给加热装置提供不同的稳定性电压，给待测样品加热，待测样品两个表面的温度差在一定时间内达到稳定，由此可高精度的测量待测样品的稳态温度，不需为了保持温度不变，而需要手动或自动控制电路，减小误差。

Description

导热系数的测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种测量装置，尤其是指一种导热系数的测量装置。

背景技术

导热系数又称热导率，用来衡量材料的导热性能和保温性能，是反映材料热性能的重要物理量。热传导是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各个研究领域的课题。材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移，在金属中电子流起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要精确测定。

随着科学技术的发展，特别是现代低碳生活概念的形成，要求长时间地监测材料的导热系数的范围越来越广，因为材料导热系数的变化与材料的微观结构有关，从材料导热系数的变化就可以分析材料结构的变化，由此可以提出改进制作新能源材料的方法。

现有技术测量导热系数的方法一般分两类：一类是稳态法，另一类是动态法。传统的稳态法导热系数测量仪器是通过控制电路调控材料的加热温度，使材料的温度保持不变，即到达稳态，测量材料两个表面的温度差，再通过傅立叶(J.Fourier)的一维热传导方程，计算出导热系数。传统的稳态法导热系数测量仪器，由其中的控制电路调控材料的温度。由于材料的温度达到稳态时与热源、周围的温度和通风情况等密切相关，为了保持温度不变，控制电路不断地调控，由此产生误差比较大，而且不适用于长时间地监测材料导热系数的变化。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种导热系数的测量装置，其能够克服现有技术的不足，能够精确的测出不同温度下待测样品的导热系数，尤其能够长时间地监测材料的导热系数的变化。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种导热系数的测量装置，其包括有加热装置、稳压电路及调压开关，所述加热装置、所述稳压电路及所述调压开关依次串联，其中，所述调压开关设有多个分接头，每一个所述分接头对应不同的电压。

通过采用稳定性高的稳压电路，通过控制所述调压开关，给加热装置提供不同的稳定性电压，给待测样品加热，待测样品在一定时间内达到稳定，由此可高精度的测量待测样品的稳态温度，不需为了保持温度不变，而需要手动或自动控制电路，减小误差。

在其中一个实施例中，所述调压开关设有8个分接头。

在其中一个实施例中，8个所述分接头分别对应的电压为30伏、50伏、70伏、90伏、110伏、130伏、160伏和220伏。

本实用新型导热系数的测量装置与现有技术相比，具有如下技术效果：

本实用新型摒弃现有技术通过手动或自动控制温度的调控加热装置的工作电压，保持固定的稳态温度的技术，而是通过采用稳压电路，同时通过与调压开关的配合，给待测样品的加热装置提供不同的工作电压，待测样品两个表面的温度差在经过一定时间内会达到稳定，通过测量待测样品上下表面的温度(即测量加热金属块散热金属块的温度)，从而测量出待测样品的导热系数。

本实用新型通过改变所述调压开关输出的电压，不需要连续地调节加热的电压以保持待测样品预设的固定稳态温度，故测量精度高，能够长时间地检测待测样品的导热系数的变化。

附图说明

图1为本实用新型导热系数的测量装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型导热系数的测量装置，其包括有加热装置11、稳压电路12及调压开关13，所述加热装置11、所述稳压电路12及所述调压开关13依次串联；待测样品14位于所述加热装置11的下方，且所述待测样品14的上下表面分别紧贴有加热金属块15和散热金属块16，并在所述加热金属块15和所述散热金属块16上各设有一小孔，分别连接有温度传感器17、18，通过所述温度传感器17、18分别测出所述加热金属块15和所述散热金属块16的温度，从而得出待测样品14上下表面的稳态温度T₁和T₂。在本优选实施例中，所述加热金属块15、所述散热金属块16的材质均为铜；所述温度传感器17、18均为热电偶；所述稳压电路12。

所述调压开关13设有多个分接头，每一个分接头对应不同的电压。在本优选实施例中，所述调压开关13设有8个分接头1、2、3、4、5、6、7、8，8个分接头分别对应的电压为30伏、50伏、70伏、90伏、110伏、130伏、160伏和220伏。

本实用新型种导热系数的测量方法，所述测量方法包括有：

(1)将待测样品14两面分别紧贴设置有加热金属块15、散热金属块16，并设置两个温度感测器17、18分别测量所述加热金属块15及所述散热金属块16的温度；

(2)调节所述调压开关13至任意一个电压U，在电压U的条件下，经过一定的时间，加热金属块给样品加热的热流量就等于散热金属块散发的热量，即达到了稳态，两个所述温度传感器17、18分别测出所述加热金属块15的稳态温度T₁、所述散热金属块16的稳态温度T₂；

(3)根据所述加热金属块15的稳态温度T₁和所述散热金属块16的稳态温度T₂，计算得出所述待测样品的导热系数。

根据傅立叶(J.Fourier)的一维热传导方程，热流量满足下述表达式：

\frac{ΔQ}{Δt} = λS \frac{T 1 - T 2}{h}

公式(1)，

式中

为热流量，λ即为该物质的热导率(又称作导热系数)。

傅立叶的一维稳态热传导模型还认为在稳定传热过程中，传热速率等于散热速率。也就是说，当热传导达到稳定状态时，即T₁、T₂的值不变，于是通过被测样品盘B表面的热流量与散热铜盘C向周围环境散热的速度相等。因此，可通过散热铜盘C在稳定温度T₂时的散热速率

来代替热流量

选取临近T₂的温度数据，散热铜盘C在T₂的散热速率：

公式(2)，

由公式(1)和公式(2)得

λ = mc \frac{ΔT}{Δt} |_{T = T_{2}} . \frac{h}{T_{1} - T_{2}} . \frac{1}{{πR}^{2}}

公式(3)，

其中，公式(3)式m为散热金属块16的质量，C为散热金属块(铜)的比热容，R为待测样品的半径，h为待测样品的厚度。

在实测过程中，测得稳态时的T₁和T₂后，即可将所述待测样品14移去，而使所述加热金属块15的底面与散热金属块16接触。当散热金属块16的温度上升到高于稳定温度T₂值后，再将加热金属块15移开，让散热金属块16自然冷却。观察所述散热金属块16的温度T随时间变化情况，ΔT是在Δt时间内、在T₂之间的散热温度的温度差；把上述数据代入公式(3)，就可算出待测样品14在不同时间的导热率。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种导热系数的测量装置，其包括有加热装置，其特征在于，其还包括有稳压电路及调压开关，所述加热装置、所述稳压电路及所述调压开关依次串联，其中，所述调压开关设有多个分接头，每一个所述分接头对应不同的电压。

2.根据权利要求1所述的导热系数的测量装置，其特征在于，所述调压开关设有8个分接头。

3.根据权利要求2所述的导热系数的测量装置，其特征在于，8个所述分接头分别对应的电压为30伏、50伏、70伏、90伏、110伏、130伏、160伏和220伏。